Neuartige Drehgelenke für reibungsarme Mechanismen : Auslegungskriterien und Berechnungsmethoden

In vielen Bereichen der Technik, insbesondere der Mikrofertigung, gibt es einen Bedarf an spiel- und reibungsarmen Mechanismen. Solche Mechanismen können bisher weder mit konventionellen Gelenken noch mit Gelenken der Mikro- oder Nanopositionierung erreicht werden. Die vorliegende Arbeit setzt an diesen Defiziten an und entwickelt neue Lösungsansätze. Zu den erarbeiteten Vorschlägen gehören Festkörpergelenke für große Ausschläge und Trockengleitlager mit Reibwertglättung

Neuartige Drehgelenke für reibungsarme Mechanismen : Auslegungskriterien und Berechnungsmethoden

In many branches of technology is a need for mechanisms with minimum friction and minimum bearing play. Such mechanisms are neither feasible with conventional hinges nor with hinges from the micro- and nanopositioning. This thesis proposes novel hinges in order to bridge the gap between the precision of micropositioning and the workspace of applications in manufacturing. The proposed implementations are flexure hinges for large displacements and dry slide bearings with friction reduction

Zweistufige kontextsensitive Sprecherklassifikation am Beispiel von Alter und Geschlecht

In der vorliegenden Dissertation wird ein zweistufiger Ansatz zur Sprecherklassifikation am Beispiel Alter und Geschlecht vorgestellt. Dazu werden zunächst die Ergebnisse umfangreicher Korpusanalysen präsentiert, die als Referenzbasis humanwissenschaftlicher Studien geeignet sind. Es wird gezeigt, dass die Modelle, die mithilfe dieser Daten trainiert wurden, in der Lage sind, die genannten Sprechereigenschaften mit einer Genauigkeit zu erkennen, die teilweise das Fünffache des jeweiligen Zufallsniveaus beträgt. Darüber hinaus zeichnet sich der vorgestellte Ansatz vor allen Dingen durch die so genannte Zweite Ebene aus, auf der mithilfe von Dynamischen Bayesschen Netzen eine Fusion multipler Klassifikationsergebnisse unter Berücksichtigung des auditiven Kontextes erfolgt. In der Arbeit wird außerdem ein konkretes Sprecherklassifikationssystem beschrieben, welches für das Anwendungsszenario von mobilen, sprachbasierten Dialogsystemen entwickelt worden ist.This dissertation describes a two-layered speaker classification approach on the example of age and gender. First of all, the results of comprehensive corpus analyses are presented that are suitable to serve as a reference basis for further studies in human sciences. It is showed, that the models which are trained using these data are able to recognize the above mentioned characteristics with an accuracy that is up to five times better than the respective chance level. In addition, the presented approach distinguishes itself by the so called Second Layer, on which a context sensitive fusion of multiple classification results is accomplished using Dynamic Bayesian Networks. The dissertation also describes a concrete speaker classification system which was developed for the application scenario of mobile spoken dialog systems

Modellbildung und Simulation von mobilen Arbeitsmaschinen - Untersuchungen zu systematischen Modellvereinfachungen in der Simulation von Antriebssystemen am Beispiel Bagger

In the present work a systematic approach is presented. With this approach it is possible to take concerted simplifications in building models of power train systems of mobile machines. The adopted systematic simplifications are aimed essentially of reducing the order of the system. The basis for this is the introduction of hydraulic replacement elements. Their mathematical structure is based on reduced-dynamic, stationary and event-oriented considerations

Modellbasierte Optimierung des Diamantdrahtsägeprozesses für die Fertigung von Siliziumwafern

In der Photovoltaikindustrie wird der Diamantdrahtsägeprozess für die Fertigung kristalliner Siliziumwafer eingesetzt. In dieser Arbeit wird ein dynamisches Modell des Drahtsägeprozesses entwickelt, das die Simulation relevanter Prozessvariablen über die Prozesszeit und über die Ausdehnung des Drahtfeldes zulässt. Den Kern der Modellierung bildet ein parametrisches Abtragmodell, das die Abtragrate in Funktion verschiedener Prozessvariablen beschreibt. Die Parameter dieses Modells werden anhand von Messdaten identifiziert. Basierend auf dem validierten Modell werden Ansätze zur Rezeptoptimierung untersucht mit dem Ziel, die Produktivität zu steigern. Abschliessend wird ein ausgewählter Ansatz aus der Rezeptoptimierung experimentell validiert. Aus der Versuchsreihe geht hervor, dass mit den entwickelten Ansätzen eine wesentliche Reduktion der Prozesszeit möglich ist.:1. Einleitung 1.1. Einordnung der Arbeit 1.2. Beschreibung des Drahtsägeprozesses mit Diamantdraht 1.3. Technisch-wissenschaftliche Zielsetzungen 1.4. Stand der Technik 1.5. Gliederung der Arbeit 2. Modellierung des Drahtsägeprozesses 2.1. Überblick und Notation 2.2. Modell für den Kontakt zwischen Draht und Siliziumbrick 2.3. Parametrisches Abtragmodell 2.4. Drahttransformationsmodelle 2.5. Rezeptmodell 2.6. Überblick über das Gesamtmodell 2.7. Implementierung in der Simulationsumgebung 3. Identifikation der Modellparameter und Modellvalidierung 3.1. Messdaten und Experimente 3.2. Methodik der Parameteridentifikation 3.3. Ergebnisse und Diskussion 4. Ansätze zur Rezeptoptimierung 4.1. Zielsetzungen und Grundlagen 4.2. Analyse der Prozessvariablen im quasistationären Zustand 4.3. Beschreibung verschiedener Methoden zur Erhöhung des Abtrages 4.4. Simulationsbasierter Vergleich verschiedener Rezepte 5. Experimentelle Validierung der Rezeptoptimierung 5.1. Überlegungen zur Planung und Durchführung der Versuche 5.2. Abgleich mit dem Simulationsmodell 5.3. Auswertung und Diskussion der Versuchsergebnisse 6. Zusammenfassung und AusblickIn the photovoltaic industry, the diamond wire sawing process is used for the production of crystalline silicon wafers. In this thesis, a dynamic model of the wire sawing process is presented, which enables the simulation of relevant process variables over the process time and the extension of the wire web. The model comprises a parametric material removal model, which describes the removal rate as a function of different process variables. The parameters of this model are identified using experimental data. Based on the validated model, different approaches to the optimization of the recipe are analyzed with the aim of increasing the productivity of the process. Finally, a selected approach is experimentally validated. The series of experiments reveals that a substantial reduction of the process time is achievable using the developed approaches.:1. Einleitung 1.1. Einordnung der Arbeit 1.2. Beschreibung des Drahtsägeprozesses mit Diamantdraht 1.3. Technisch-wissenschaftliche Zielsetzungen 1.4. Stand der Technik 1.5. Gliederung der Arbeit 2. Modellierung des Drahtsägeprozesses 2.1. Überblick und Notation 2.2. Modell für den Kontakt zwischen Draht und Siliziumbrick 2.3. Parametrisches Abtragmodell 2.4. Drahttransformationsmodelle 2.5. Rezeptmodell 2.6. Überblick über das Gesamtmodell 2.7. Implementierung in der Simulationsumgebung 3. Identifikation der Modellparameter und Modellvalidierung 3.1. Messdaten und Experimente 3.2. Methodik der Parameteridentifikation 3.3. Ergebnisse und Diskussion 4. Ansätze zur Rezeptoptimierung 4.1. Zielsetzungen und Grundlagen 4.2. Analyse der Prozessvariablen im quasistationären Zustand 4.3. Beschreibung verschiedener Methoden zur Erhöhung des Abtrages 4.4. Simulationsbasierter Vergleich verschiedener Rezepte 5. Experimentelle Validierung der Rezeptoptimierung 5.1. Überlegungen zur Planung und Durchführung der Versuche 5.2. Abgleich mit dem Simulationsmodell 5.3. Auswertung und Diskussion der Versuchsergebnisse 6. Zusammenfassung und Ausblic

Modellbildung und Simulation von mobilen Arbeitsmaschinen - Untersuchungen zu systematischen Modellvereinfachungen in der Simulation von Antriebssystemen am Beispiel Bagger

In der vorliegenden Arbeit wird eine systematische Vorgehensweise vorgestellt, um gezielt Vereinfachungen im Modellaufbau von Antriebssystemen mobiler Arbeitsmaschinen vornehmen, jedoch das Betriebsverhalten bezüglich der geforderten Arbeitsaufgabe noch hinreichend genau beschreiben zu können. Die systematischen Vereinfachungen zielen hierbei auf die Reduzierung der Ordnung des Systems auf Grundlage der Beschreibung durch reduziert-dynamische, stationäre sowie ereignisorientierte Elemente

Experimentelle und modellbasierte Untersuchung von Stehwellenantrieben

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Hocheffiziente und robuste finite Elemente niederer Ansatzordnung zur Simulation großer Deformationen von Festkörpern

Schnelle und parallel einsetzbare Prozessoren ermöglichen die Berücksichtigung immer mehr relevanter Details in Finite-Elemente-Berechnungen von Anwendungen wie Crashsicherheitsanalysen oder Metallumformprozessen. Aufgrund ihrer einfachen Struktur, sind Elemente mit linearen Ansatzfunktionen gut für den Aufbau der meist schalenartigen Modelle geeignet, wobei die Details vermehrt mit Volumen- statt mit Schalenelementen abgebildet werden. Ohne entsprechende Modifikationen versteifen diese das Finite-Elemente-System und führen bei Biegung oder plastischem Fließen zu unrealistisch kleinen Verformungen, was mit der – im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehenden – Methodik inkompatibler Erweiterungen ausgeglichen werden kann. Die Idee: gezielt die Genauigkeit verbessernde Ansatzfunktionen aus Elementen höherer Ordnung mit internen Parametern verknüpfen, ohne dabei die Anzahl der Elementknoten zu erhöhen. Allerdings kann die Berechnung dieser internen Parameter die Rechendauer der Simulation deutlich verlängern, wenn für die Schritt-für-Schritt-Lösung des simulierten Zeitintervalls eine explizite Integrationsmethode gewählt wird, die sehr kleine Schrittweiten erfordert. Dann ist das Finite-Elemente-System so oft auszuwerten, dass die Elementoperationen – die Berechnung der internen Parameter eingeschlossen – deutlich aufwendiger als die Lösung der Systemgleichungen sind, die durch konzentrierte Massen an den Elementknoten sehr effizient ist. Zur Effizienzsteigerung wird daher ein Konzept mit künstlichen Massen der internen Parameter vorgestellt, die dann – analog zu den Verschiebungen an den Elementknoten – explizit berechnet werden. Sonst sind die internen Parameter masselos und somit „statisch“ zu berechnen, was, aufgrund der dann erforderlichen, oft mit Iterationen verbundenen impliziten Berechnung, deutlich aufwendiger ist. Verschiedene Strategien mit expliziter oder impliziter Berechnung sowie einer Kombination davon werden mit bis zu 30 inkompatiblen Freiheitsgraden ausführlich untersucht. Ein weiterer zu untersuchender Aspekt sind infolge der Inkompatibilität auftretende Kinematiken. Die inkompatiblen Massen ermöglichen eine einfache Kontrolle, bei der die verursachenden Parameter identifiziert und abgefangen werden können. Allerdings erfordert die Kontrolle numerische Tests für jedes Beispiel, was bei komplexen Problemen eine deutliche Einschränkung darstellt. Darüber hinaus werden eine inkrementelle und eine ad hoc modifizierte inkompatible Elementformulierung untersucht, die zusätzlich – ohne weitere Maßnahmen – eine Volumenbedingung erfüllen, die ähnlich zu den bekannten Orthogonalitätsbedingungen ist. Deren Auswirkung wird an einem analytischen Beispiel demonstriert und durch weitere numerische Untersuchungen gestützt. Erste realistischere Beispiele bestätigen das Konzept der vorliegenden Arbeit